Können Bakterien auch nach Norden und Süden zeigen? !

Einige Lebewesen in der Natur scheinen mit Navigationssystemen geboren zu sein. So können beispielsweise Brieftauben Briefe fehlerfrei über weite Distanzen zustellen, Bienen finden den Weg zurück zum Bienenstock, selbst wenn sie zwischen Blumen umherirren, und Haie können lange Strecken und Distanzen im Meer zurücklegen, ohne sich zu verirren. Um dem Rätsel auf den Grund zu gehen, ist die Existenz des Geomagnetfelds die realistische Grundlage und die „Navigationsfähigkeit“ jedes Landes der Schlüssel.

Gibt es Mikroorganismen, die den Weg kennen? Die Antwort lautet: Ja, es sind magnetotaktische Bakterien. Nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs entwickelte sich die wissenschaftliche und technologische Produktivität verschiedener Länder rasant, und die Bereiche und Inhalte der Forschung der Menschen wurden erheblich erweitert und vertieft.

In den späten 1950er Jahren beobachtete der Italiener Bellini erstmals, dass einige Bakterien das Magnetfeld der Erde spüren konnten. Doch wie viele „Erstentdeckungen“ erregte auch diese Entdeckung damals keine große Aufmerksamkeit. Mehr als ein Jahrzehnt später entdeckte der Amerikaner Richard P. Blakemore (Bakteriologe) zufällig mehrere Bakterien, die sich entlang magnetischer Felder in Meeresschlamm und Sumpfablagerungen bewegen konnten.

Als er sie unter ein Mikroskop legte, stellte er fest, dass sich die Mikroorganismen immer zu einem Ende des Objektträgers bewegten. Dann hatte er eine Idee und platzierte einen Magneten neben der Folie. Daraufhin bot sich ein erstaunliches Bild: Diese kleinen Dinger bewegten sich tatsächlich in Richtung Nordpol des Magneten! Zu diesem Zeitpunkt erschienen magnetotaktische Bakterien offiziell auf der Bühne und Blakemore wurde auch als deren Entdecker anerkannt.

Magnetotaktische Bakterien sind eigentlich nicht die Bezeichnung einer bestimmten Bakterienart, sondern ein allgemeiner Begriff. Magnetotaktische Bakterien kommen in Bakterien wie Bazillen, Kokken, Spirochäten und Vibrionen vor. Ihre Gemeinsamkeiten werden von Wissenschaftlern immer wieder entdeckt. So handelt es sich beispielsweise bei ihnen meist um gramnegative Bakterien, sie besitzen Geißeln an ihrem Körper, sind beweglich, können Eisen aus der Umgebung aufnehmen und bilden in ihrem Körper Magnetosomen (eisenhaltige, winzige magnetische Partikel, die von Proteinen oder Phospholipiden umhüllt sind und nicht zytotoxisch sind). Auch seine Verbreitung ist vielfältig, er kommt jedoch hauptsächlich im Bodenschlamm von Meeren, Seen und Flüssen sowie im Erdboden vor.

Seriell angeordnete Magnetosomen

Leser, die gut im divergenten Denken sind, könnten vermuten, dass Blakemores Experiment in den Vereinigten Staaten hätte durchgeführt werden sollen. Magnetotaktische Bakterien bewegen sich zum Nordpol des Magneten, dem geomagnetischen Südpol (dem Nordpol der Erde). Wenn dieses Experiment also irgendwo auf der Südhalbkugel durchgeführt würde, wie würden sich die Mikroorganismen bewegen? Wenn dies in Äquatornähe geschieht, bleiben die magnetotaktischen Bakterien dann bewegungslos oder bewegen sie sich in Richtung eines der Pole?

Die Antworten auf die obigen Fragen wurden bereits bekannt gegeben. In den 1980er Jahren führten amerikanische Wissenschaftler entsprechende Untersuchungen durch und fanden heraus, dass es tatsächlich Bakterien gab, die sich in Richtung des geomagnetischen Nordpols (dem Südpol der Erde) auf der Südhalbkugel bewegten, und dass die beiden Bakterienarten in Äquatornähe koexistierten.

Warum also haben magnetotaktische Bakterien diese Richtungseigenschaft? Aus der Perspektive „Nutze es oder verliere es“ benötigen magnetotaktische Bakterien, bei denen es sich meist um anaerobe Mikroorganismen handelt, diese Beweglichkeit, um sich in Umgebungen wie Wasser und Schlamm (bis hin zu anoxischen oder anaeroben Umgebungen) fortzubewegen, und ihre praktische Grundlage sind die oben erwähnten Magnetosomen.

Jede Zelle enthält eine Anzahl von Magnetosomen (2–10 Partikel, die Fe3O4 und Fe3S4 enthalten). Sie sind von einheitlicher Größe und prismatisch (sechseckig oder achteckig). Jedes Magnetosom hat Nord- und Südpole und ist innerhalb der Zelle in einer linearen Kette angeordnet, wodurch sich Bakterien entlang des Geomagnetfelds bewegen können. Darüber hinaus haben Studien bestätigt, dass die magnetotaktische Fähigkeit magnetotaktischer Bakterien erblich ist, und es wurden auch mehrere Gene zur Magnetosomensynthese geklont.

Unterschätzen Sie Magnetosomen nicht, sie sind Starmaterialien im Hightech-Bereich. Zunächst einmal sind die Verarbeitung und die Materialien künstlichen Produkten weit überlegen. Magnetische Körper sind winzig und gleichmäßig, was sie zu idealen magnetischen Aufzeichnungsmaterialien macht und perfekt für die Herstellung von Computerspeicherelementen geeignet ist. Sein Superparamagnetismus kann zur Herstellung magnetischer Flüssigkeiten mit einem breiten Anwendungsspektrum genutzt werden. Aufgrund seiner hohen Koerzitivfeldstärke kann hochdichtes Speichermagnetpulver für die Produktion von Magnetschlüsseln und Magnetkarten hergestellt werden.

Computerspeicherkomponenten

Zweitens ist es äußerst umweltfreundlich. Magnetosomen sind biologische Magnete ohne Zytotoxizität. Sie können als Träger für die Verabreichung spezifischer Medikamente eingesetzt werden und erfüllen außergewöhnliche Funktionen im Bereich der Organ- und Gewebebehandlung. Darüber hinaus können Magnetosomen auch als transgene Vektoren zur Herstellung von Biosensoren etc. verwendet werden.

Biosensoren

Ich bin davon überzeugt, dass mit der weiteren Vertiefung der Forschung zu magnetotaktischen Bakterien eine Entdeckung und eine Überraschung nach der anderen folgen wird, die der Menschheit zwangsläufig immer mehr und besseren Nutzen bringen wird.

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